[發明專利]高碳當量高強度低應力玻璃模具材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711337458.6
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108018481A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 戈劍鳴
• 申請（專利權）人: 蘇州東方模具科技股份有限公司
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C22C37/08;C22C33/08;C21D5/00;C21D1/26;C21D1/30
• 代理公司: 常熟市常新專利商標事務所(普通合伙) 32113
• 代理人: 朱偉軍

一種高碳當量高強度低應力玻璃模具材料及其制備方法，步驟：先向熔煉爐內加入廢鋼、碳化硅和增碳劑，再加入生鐵，待生鐵熔化后加入回爐料，待回爐料熔化后加入硅鐵、錳鐵、鉬鐵、鉻鐵、釩鐵、電解銅、電解鎳、鈦鐵，直至全部熔化后進行扒渣，保溫過熱處理，得到待澆注熔液；將待澆注熔液澆注到樹脂砂單箱無冒口鑄型中，澆注之前，在鑄型上面加蓋冷鐵泥芯且向澆道中加入孕育劑，靜置，撤去冷鐵泥芯，得到待退火模坯；將待退火模坯投入熱處理爐進行高溫石墨化退火，得到毛坯；先對毛坯進行熱噴涂及粗加工，而后引入退火爐進行去應力退火，得到高碳當量高強度低應力玻璃模具材料。保證了材料的強度、硬度，也使材料能夠獲得更低的鑄造應力。

技術領域

本發明屬于玻璃模具材料及其制備技術領域，涉及一種高碳當量高強度低應力玻璃模具材料，并且還涉及其制備方法。

背景技術

玻璃模具既是用于加工玻璃器皿的關鍵部件，同時也是易耗部件，其質量的優劣對制備玻璃器皿的品質會產生相應的影響。因D型石墨合金灰鑄鐵和蠕墨鑄鐵具有良好的抗氧化性及抗熱疲勞性能而廣泛用作玻璃模具材料。但是，隨著玻璃器皿成型機機速的不斷提高和玻璃成分的多樣化，玻璃模具在使用過程中易出現開裂和氧化而對玻璃制品的生產效率產生影響，尤其是玻璃模具在早期的氣眼（也稱“氣孔”）處的應力開裂始終是困擾玻璃模具用戶的因素。因此，改善基體組織、提高基體組織抗氧化和抗熱疲勞性能并且降低模具內應力分布對提高玻璃模具品質具有積極的現實意義。

目前對玻璃模具材料的探索方向大多圍繞材料的強度、硬度、抗氧化等硬性物理指標，通過添加不同的合金元素來滿足抗氧化、耐磨性能的要求以及通過噴涂鎳基合金進一步強化模具合縫線的性能，雖然表面上提高了材料的各項物理性能，滿足了模具合縫線耐磨的要求，但是不同基體材料之間不同的熱膨脹系數導致了模具在使用工況下不同的熱膨脹量，不同基材之間的相互擠壓產生的應力又使模具在高溫下發生變形從而導致變形失效。同時由于玻璃模具結構的特殊性，因而需要通過大量的機加工來實現，于是隨之帶來的不利因素是使模具材料內部應力的顯著增加。

研究發現模具內腔即模腔氣眼處橫向裂紋的形成原因是由于基體組織中存在不可避免的碳化物，在反復的受熱、冷卻過程中碳化物的溶解和析出造成較大的相變應力，相變應力與模具自身內應力以及玻璃液的摩擦應力相疊加，在晶界萌生裂紋并在其應力總和超過其強度時沿枝晶晶界擴展導致最終開裂。因此研究如何降低模具材料的內應力、提高材料的強度、彈性模量對鑄鐵玻璃模具材料具有重要意義。鑒于前述的D型石墨合金灰鑄鐵在使用過程中由于各種應力的釋放造成的開裂、變形現象十分普遍，成為造成玻璃模具有悖預期使用壽命而提前失效的主要原因。因而進一步激勵了人們對如何提高玻璃模具材料強度和彈性模量并同時降低玻璃模具內應力的探索與研究。

在公開的中國專利文獻中可見諸玻璃模具材料及其制備方法的技術信息，如CN102828103B推薦有“合金灰鑄鐵玻璃模具及其制備方法”（該專利由本申請人提出），該專利的化學元素組成及其質量%比為：碳3.35-3.55%、硅1.8-2.1%、錳0.5-0.8%、鉬0.4-0.8%、釩0.1-0.16%、鈦0.15-0.25%、鉻0.3-0.6%、硫0.01-0.02%和磷0.03-0.04%，余為鐵。由于該專利的材料為鐵素體基體，因而存在材料強度低、硬度低、彈性模量低的缺點，導致材料熱疲勞強度低，同時由于該專利采用低碳當量的亞共晶灰鑄鐵路線的技術方案，材料內在應力較大，因此該材料在目前小口壓吹的大環境下，材料內在應力容易在上機后釋放出來，導致開裂變形失效。